具体实施方式

附图中的图示是示意性的。注意，在不同的图中，相似或等同的元件提供有相同的参考标记。

图1示出了根据本发明实施例的风力涡轮机1的示意性截面。风力涡轮机1被配置为设置在海床（离岸）中或海床上方。风力涡轮机1由如单桩或浮动支撑结构之类的支撑结构（未示出）支撑。可以使用任何其他支撑结构。风力涡轮机1包括塔架2，塔架2安装在未描绘的基座上以从海平面S突出。风力涡轮机1也可以以浮动方式设置在海床S上方。机舱3布置在塔架2的顶部上。在塔架2和机舱3之间提供有偏航角调整设备（未示出），其能够围绕垂直偏航轴线z旋转机舱。风力涡轮机1进一步包括具有一个或多个旋转叶片4的风力转子5（在图1的透视图中，仅两个叶片4可见）。风力转子5可围绕旋转轴线Y旋转。一般而言，当没有不同指定时，下文中的术语轴向、径向和周向是参考旋转轴线Y做出的。叶片4相对于旋转轴线Y径向延伸。风力涡轮机1包括具有定子11和转子12的发电机6。转子12可相对于定子11围绕旋转轴线Y旋转，以生成电力。发电机6和通过本发明的电力生成不是本发明的特定目的，并且因此不进一步详细描述。

基本上，塔架2具有被配置为传送要在海平面S上反射的电磁波100的传送器20、30和被配置为接收反射电磁波200的接收器20、40，其中传送器和接收器中的至少一个包括泄漏馈送部20。在图1的实施例中，塔架2具有泄漏馈送部20，其中实现了传送器和接收器两者的功能。其他实施例可以使用用于传送电磁波的第一泄漏馈送部和用于接收反射电磁波的第二泄漏馈送部，这将在稍后描述。

风力涡轮机1进一步包括处理单元7（图5），该处理单元7与接收器20、40进行通信，并且被配置为分析反射电磁波200，使得确定海平面S的波特性。海平面S的波特性可以是海平面S中波的高度或速度。由于或者通过反射电磁波200的飞行时间、飞行角度和/或多普勒效应，处理单元7可以确定海平面S的波的高度和移动（速度）。例如，反射电磁波200的飞行时间可以被计算为，其中c₀是光速。接收器20、40到其中已经反射电磁波200的海平面S的波之间的距离d然后被计算为。

泄漏馈送部20是细长组件，其沿着组件泄漏电磁波100。泄漏馈送部20可以由泄漏同轴线缆或泄漏波导或泄漏带状线构成。泄漏馈送部20连接到电磁传送器驱动器30，以便沿着泄漏馈送部20朝向海平面传送第一电磁信号100。电磁传送器驱动器30可以包括或者是HF放大器。泄漏馈送部20包括多个槽，以允许第一电磁信号100沿着泄漏馈送部20的整个长度朝向海平面S泄漏出泄漏馈送部20。根据可能的实施例，槽可以沿着泄漏馈送部20的长度规则地分布。根据本发明的其他可能的实施例，泄漏馈送部20是普通同轴线缆，其具有外部导体（网或槽/孔径）的低光学覆盖范围，这也泄漏电磁波。

如果严重的过度结冰条件是可能的，则泄漏馈送部20可以提供有加热系统（未示出）。加热可以通过在内部和外部导体之间流动的空气或者通过在泄漏馈送部20的内部或外部导体中行进的电流来提供。

根据可能的实施例，第一电磁信号100可以是雷达信号，诸如多频率雷达或LIDAR或超声信号。在第一电磁信号100是雷达信号或超声信号的情况下，泄漏馈送部20优选地被配置成同轴泄漏线缆。

根据其他实施例，特别是在第一电磁信号100具有较高频率的情况下，泄漏馈送部20优选被配置成泄漏波导。一般而言，根据本发明的不同实施例，第一电磁信号100可以具有任何频率，只要它可以被传送到海平面S并被海平面S反射即可。

当第一电磁信号100撞击海平面S时，反射的第二电磁信号200朝向泄漏馈送部20被传送。

泄漏馈送部20的多个槽允许第二电磁信号200朝向电磁转换器40泄漏到泄漏馈送部20中。

与电磁转换器40进行通信的处理单元7分析第二电磁信号200（并且如果有必要，则分析第一电磁信号100）以用于确定海平面S的波特性。

图2示出了根据本发明实施例的展开的泄漏馈送部的示意性视图。该实施例仅使用一个泄漏馈送部20。泄漏馈送部20在第一端21和第二端22之间延伸。第一端21连接到电磁收发器45，电磁收发器45包括一个电磁传送器驱动器30和一个电磁转换器40。第二端22连接到一个最终电阻50。根据本发明的实施例，电磁传送器驱动器30和电磁转换器40均可以经由信号分离器或y适配器连接到第一端21或第二端22。根据本发明的其他实施例，电磁传送器驱动器30连接到第一端21，并且电磁转换器40连接到第二端22。

在一些情况下，如果使用单个泄漏馈送部20，那么如果电磁传送器30和电磁接收器40在同一端21或22处，则所确定的海平面S的波特性可能具有不确定性。因此，如果电磁传送器30在泄漏馈送部20的一端处并且电磁接收器40在泄漏馈送部20的另一端上，则是优选的。

泄漏馈送部20可以不直接连接到电磁传送器驱动器30和电磁接收器转换器40，例如，非泄漏馈送部线缆（即，普通同轴线缆）可以插入在泄漏馈送部20和电磁传送器驱动器30和/或电磁接收器转换器40之间。普通同轴线缆可以直接连接到电磁传送器驱动器30和电磁接收器转换器40，或者它可以用于互连。

在图2中以展开状态示出的泄漏馈送部20在几何上实际被配置成近似360°或更大的弧形。

图3示出了根据本发明实施例的塔架2和泄漏馈送部20的横截面视图。泄漏馈送部20被成形为围绕塔架2的圆周延伸的弧形，即泄漏馈送部20在几何上被配置成环绕塔架2或风力涡轮机支撑结构的圆环。泄漏馈送部20因此可以围绕360°角度传送电磁波100或接收反射电磁波200。

根据本发明的其他实施例，任何其他几何配置都是可能的，只要第一电磁信号100可以朝向海平面S被传送并且第二电磁信号200可以被海平面S朝向泄漏馈送部20反射即可。

泄漏馈送部20、电磁传送器驱动器30和电磁接收器转换器40安装在塔架2上。根据本发明的其他实施例，泄漏馈送部20、电磁传送器驱动器30和电磁接收器转换器40可以不直接安装在风力涡轮机1上，即远离风力涡轮机1。

图4示出了根据本发明实施例的展开的泄漏馈送部20A、20B的示意性视图，其中使用了多个泄漏馈送部20A、20B。图4的实施例使用两个泄漏馈送部20A、20B，它们彼此平行，并分别彼此相邻地在相应第一端21和第二端22之间延伸。两个泄漏馈送部20A、20B根据反平行配置来配置，其中第一泄漏馈送部20在连接到第一端21的电磁传送器驱动器30与连接到第二端22的最终电阻50之间延伸；而第二泄漏馈送部20在连接到第一端21的最终电阻50与连接到第二端22的电磁接收器转换器40之间延伸。

在这样的实施例中，连接到电磁传送器驱动器30的第一泄漏馈送部20A专用于第一电磁信号100的传送，而连接到电磁接收器转换器40的第二泄漏馈送部20B专用于接收第一电磁信号200。

图5示出了根据本发明实施例的泄漏馈送部20A、20B和处理单元7的配置。接收器转换器40可以是模数转换器（A/D）。反射和模拟第二电磁信号200可以从泄漏馈送部20A接收，并通过A/D转换器40转换成数字信号。数字信号然后被传送到中央处理单元（CPU）71。CPU 71实际上分析接收的第二电磁信号200，并基于所分析的第二电磁信号200确定海平面S的波特性。CPU 71进一步连接到存储装置，诸如RAM 72和硬盘（HDD）73。CPU 71进一步连接到通信单元（未示出），通过该通信单元可以将所确定的海平面S的波特性传送到控制和/或监视系统（未示出）。优选地，通信经由电线、光纤或无线进行。

图6示出了根据本发明另一实施例的处理单元7的细节。CPU 71包括滤波器711和快速傅立叶变换单元（FFT单元）712，滤波器711对来自接收器转换器40的数字信号进行滤波，快速傅立叶变换单元712对经滤波的信号执行例如一个或两个快速傅立叶变换操作。CPU 71进一步连接到存储装置75和进行传送的泄漏馈送部20A的电磁传送器驱动器30，以对其进行控制。

除了FFT单元712之外或者作为FFT单元712的替代物，可以提供信号处理单元，通过该信号处理单元可以分析时域和频域数据以确定海平面S的波特性。

优选地，处理单元7被配置为根据所确定的海平面S的波特性来确定风速、风向和风力预报中的至少一个。

优选地，处理单元7被配置为根据所确定的海平面S的波特性来确定船只接近条件，其中船只接近条件是允许船只接近风力涡轮机1的条件。然后，可以例如与维护/服务人员一起做出关于船只是否能够靠近风力涡轮机1停靠或登陆的判定。例如，如果所确定的波特性（诸如波高度、波速或风速）超过预定阈值，则做出不允许船只接近风力涡轮机1、靠近风力涡轮机1停靠或登陆的判定。更优选地，处理单元7被配置为根据所确定的海平面S的波特性并且此外根据船只的负载来确定船只接近条件。处理单元7可以被配置为根据所确定的海平面S的波特性来确定风力涡轮机1和船只之间的目标距离。基于所确定的风力涡轮机1和船只之间的目标距离，可以实现风力涡轮机1和船只之间距离的自动控制。替代地，通过将所确定的风力涡轮机1和船只之间的目标距离传送给船员，可以支持船只的船员导航该船只。

图7示出了根据本发明实施例的分析反射电磁波200使得确定海平面S的波特性的原理。海平面S的波特性由围绕风力涡轮机1的海平面S的波高度间接测量。风在海平面S中引起波。风越强，波越高，并且波峰之间的距离增加。已经发现风速/风向和反射电磁波200的方向之间存在相关性。更详细地，电磁波100（例如雷达信号100）被海平面S中的波反射。在图7中示意性地示出了在使用布拉格定律的情况下确定波特性的基本原理，其中d是海平面S的两个波峰之间的距离，θ是反射电磁波200相对于水平线H的散射角度，是电磁波100、200的波长，并且n是通常指示衍射级的正整数。

图7中的俯视图示出了低风的条件，而图7中的仰视图示出了强风的条件。图7中的俯视图示出了相对于水平线H具有较小角度的海平面S的反射平面R，而图7中的俯视图示出了相对于水平线H具有较大角度的海平面S的反射平面R。基于反射平面R的角度，散射角度θ改变。

取决于波的距离d，反射电磁波200相对于水平线H的反射角度是不同的。该效应被称为布拉格效应或布拉格反射，其可以用在气象学领域中进行风速或风向的计算。

为了计算风速和风向，必须研究一阶和二阶布拉格峰。泄漏馈送部20本身操作在一个频带中，其中波长在范围d中，该范围d或者是两个波峰之间的距离，或者是海平面S的波的峰到峰高度。可以使用多频率雷达以及还有海平面S中移动波的多普勒效应。为了计算风速，使用一阶反向散射，其中作为波长。为了估计风向，可以使用两个一阶散射。电磁波100的典型频率为7.5至25 Mhz。这提供了具有足够功率的几公里范围的电磁（雷达）传送器驱动器30。

调频间断连续波（FMIC）雷达可以用于这种类型的天气雷达。

发表在2017 Progress in Electromagnetics Research Symposium（新加坡，2017）中的C. ZHAO等人的“Wind direction measurements using HF ground waveradars based on a circular receive array”公开了一些更先进的测量算法。例如，风向可以通过两个一阶布拉格反射的比率来计算。

应当注意，术语“包括”不排除其他元件或步骤，并且“一”或“一个”不排除多个。此外，可以组合与不同实施例相关联地描述的元素。还应当注意，权利要求中的参考标记不应当被解释为限制权利要求的范围。